BTS 2010 - TA

BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR
SYSTEMES ELECTRONIQUES
EPREUVE E4
Etude d’un système technique
Unité U4.2
PHYSIQUE APPLIQUEE
Durée : 4h
Coefficient : 4
Systèmes électroniques embarqués dans la C6
(Boîtier d’état de charge de la batterie)
A 1 sur 3
A 2 sur 3
BR 2
sur 13
BR 3
sur 13
BR 4
sur 13
BR 5
sur 13
BR 6
sur 13
BR 7
sur 13
BR 8
sur 13
BR 9
sur 13
BR 10 sur 13
BR 11 sur 13
BR 12 sur 13
BR 13 sur 13
BR 1 sur 3
BR 2 sur 3
BR 3 sur 3
CORRIGÉ
Partie A : Couche physique du réseau CAN
1. Mesure de l’atténuation d’une paire différentielle torsadée
Vs(t)
Y2
Y1
Ve(t)
ΔX
Figure 2
1.1. Déterminer la fréquence des signaux sinusoïdaux représentés à la figure 2. T= ΔX ; f = 1/T = 500
kHz.
1.2. Calculer l’atténuation introduite par la paire différentielle en dB à cette fréquence.
d’où GA = 20.log(A) = -2,4 dB.
1.3. Placer ce point de mesure nommé A sur le document réponse 1.
1.4. Déterminer l’atténuation de la ligne de transmission à la fréquence 5MHz. GB = -8,0 dB.
1.5. Indiquer comment se comporte la paire différentielle torsadée de 100m. Filtre passe bas.
2. Impédance caractéristique et résistances de terminaison
2.1. Citer les éléments de la ligne qui provoquent des pertes et donc une atténuation du signal. R et G.
2.2. Donner leur valeur dans le cas d’une ligne sans perte. R = 0 Ω et G = 0 S.
2.3. Donner le schéma d’une ligne idéale sur une longueur dx.
2.4. Montrer que l’impédance caractéristique d’une ligne sans perte est purement résistive : R = 0 Ω et
G = 0 S, on simplifie par jω puis :
Session 2010
BTS Système Électronique
Épreuve U4.2- Physique appliquée
10SEE4PA1
Corrigé
Page C1 sur 7
2.5. Calculer la valeur numérique de cette résistance caractéristique Rc. Rc = 120 Ω
2.6. Donner la valeur de la résistance de charge RCH pour annuler les réflexions. Γs = 0 et RCH = ZC.
2.7. Justifier l’intérêt des résistances de terminaison RT et donner leur valeur numérique dans le cas du
bus CAN .
Les extrémités des lignes de transmission doivent être reliées à une résistance de valeur égale à
l’impédance caractéristique pour éviter les réflexions. RT = RC = 120 Ω.
3. Comportement d’une paire différentielle torsadée en régime impulsionnel
3.1 Condition de mesure A car l’onde émise à l’entrée de la ligne se retrouve en sortie avec la même
amplitude. La ligne est adaptée. Il n’y a donc pas d’onde réfléchie. Γ1 = 0.
-9
3.2 tp = 30 ns.
tpl = 30.10 / 5 = 6 ns/m.
3.3 Condition de mesure B. Aucune onde n’est transmise en sortie puisqu’elle est court-circuitée. L’onde
réfléchie s’observe dans le plan du générateur 60 ns après l’émission de l’onde incidente, soit la
durée d’un aller et retour. Γ2 = -1.
3.4
Voir document réponse 2. VrM = - ViM = -2,5 V.
Partie B : Boitier d’Etat de Charge de Batterie
1. Filtrage et adaptation du niveau de tension
1.1
C’est un suiveur de tension qui permet d’éviter de charger le réseau RfCf par le pont de
résistance. v1 = v2.
avec ωo = 1/RfCf.
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Passe-bas. Il évite que le spectre ne se replie.
fo = 72,3 Hz.
vd = v2 / 24 et vadapt = vd = v2 / 24.
v2 = vBatt car le passe-bas laisse passer le signal continu (T = 1). vadapt = vBatt / 24.
La tension de référence correspond à la tension pleine échelle, par conséquent l’acquisition de
la tension de batterie maximale 28,8 V doit correspondre à une tension vadapt=1,2V. Soit vadapt =
28,8 / 24 = 1,2 V.
2. Principe de la modulation delta.
2.1 Voir chronogrammes document réponse 3.
2.2 Fonctionnement correct du modulateur
2.2.1 La pente du signal e’(t) doit être supérieure à la pente du signal e(t) sinon la « poursuite » ne peut
ne pas se faire correctement.
Donc
>
Session 2010
BTS Système Électronique
Épreuve U4.2- Physique appliquée
10SEE4PA1
Corrigé
Page C2 sur 7
2.2.2 Il faut satisfaire la condition de Shannon Nyquist :
> 2 FMAX
,
FMAX étant la fréquence la plus
grande contenue dans e(t).En combinant ; Te découle de la Shannon-Nyquist puis Δ découle la condition
2.2.1.
2.3 Bruit de quantification
Signal d’entrée
(spectre)
q² / (12.Fe)
f
-Fe / 2
0
+ Fe / 2
Fmax
Filtre
PASSE
BAS
∫
2.4 Démodulation
X(t)
X1(t)
X2(t)
INTEGRATEUR puis FILTRE PASSE BAS : X2(t) est la « valeur moyenne » de X1(t)
Cf. chronogrammes document réponse 3
3. Modulateur sigma-delta
3.1
integration et z-1 retard pur d’une période d’échantillonnage.
3.2 S1(z) = T(z). E(z) +N(z).Bq(z)
T(z)= 1
des fonctions de transfert en boucle fermée.
3.3 N(z)= 1-z -1
3.6 N(0) = 2 I
-1
résultats obtenus après simplification
N(jω)= 1- e-jωTe.
3.4 N(jω)= 1- e-j2πf /Fe= 2.j.
3.5 N(f) = 2 I
et N(z)= 1-z
= 2.j.
.
I.
IN(f)I
I = 0 et N(Fe/2) = 2 I
I=2
Spectre
du bruit
2
0
Fe/2
FMAX
Session 2010
BTS Système Électronique
Épreuve U4.2- Physique appliquée
10SEE4PA1
Corrigé
Page C3 sur 7
f
f
3.7 Le filtre est un « passe haut » : il atténue les basses fréquences et relève les hautes fréquences
(celles proches de Fe/2).
Conséquences : le bruit dû à la quantification est très atténué dans la bande utile (signal) et rejeté
vers les hautes fréquences > FMAX.
3.8
Comme la bande utile est très inférieure à Fe , on peut simplifier :
=
Si on échantillonne à F’e = KFe
P'bs ≅
,
q2
f
on aura : D'bq =
et IN’(f)I= 2 I sin(π
) I d’où
12KFe
KFe
π 2q2
.
36K 3
En passant de K=1 à K=10, on diminue de 30 dB la puissance du bruit de quantification.
Toutes choses restant égales par ailleurs sur le signal, on augmente de 30 dB le rapport signal sur
bruit de quantification. C’est l’intérêt du sur-échantillonnage.
On pourra encore augmenter ce rapport avec des modulateurs sigma-delta d’ordre 2, 3.
4. Filtre décimateur
4.1 Le bruit de quantification est éliminé par un filtre numérique supposé idéal de fréquence de
coupure 100Hz. Donner la nature de ce filtre. Voir Figure 14 : filtre passe bas.
4.2 Exprimer l’algorithme de dn en fonction de s1,n, s1,n-1 et s1,n-2.
dn = b0.s1,n + b1.s1,n-1 + b2.s1,n-2.
4.3 Exprimer l’algorithme de sn en fonction de dn, sn-1 et sn-2.
sn = dn – a1.sn-1 – a2.sn-2.
4.4 En déduire que sn = b0.s1,n + b1.s1,n-1 + b2.s1,n-2 – a1.sn-1 – a2.sn-2.
On remplace dn dans sn.
4.5 Indiquer s’il s’agit d’un filtre récursif ou non récursif. Justifier votre réponse. Récursif car sn-i dans
l’algorithme.
4.6 A partir de la réponse indicielle figure 16 du filtre numérique, déterminer le temps de réponse à 5
% noté tr
tr = 4,5 ms car la réponse indicielle ne dépasse pas 1,05.
Session 2010
BTS Système Électronique
Épreuve U4.2- Physique appliquée
10SEE4PA1
Corrigé
Page C4 sur 7
Figure 16
4.7 Déterminer la transmittance H(z) du filtre numérique.
S(z) = b0.S1 (z)+b1.z-1.S1(z)+b2.z-2.S1 (z)-a1.z-1.S(z) – a2.z-2.S(z)
Avec H(z) = S(z) / S1(z).
D’où :
.
4.8 Valeur des pôles : 0,95 ± 0,045j. Le calcul du module des pôles donne √(0,952 + 0,0452) = 0,956.
4.9 Conclure sur la stabilité de ce filtre. Justifier. Le filtre est stable : pôles à l’intérieur du cercle
unité.
4.10
A partir des questions précédentes, indiquer si ce résultat était prévisible. Justifier. Oui
réponse indicielle stable.
4.11
Déterminer la bande passante à – 3 dB du filtre numérique. Justifier que ce filtre élimine le
bruit de quantification. 100Hz. Le spectre du signal vAdapt est situé à des fréquences inférieures à
100 Hz. Le bruit de quantification est éliminé car son niveau croît à partir de 1kHz et à cette
fréquence le module de la transmittance du filtre numérique est quasiment nul.
5 Transmission de l’état de charge de la batterie par le bus LIN
5.1 V2 = 13 V et V1 = 0,7 V.
5.2 Voir document réponse 4. On lit $5D
5.3 Mesurer la durée d’un bit TB. En déduire le débit binaire D des informations transmises sur le
bus LIN. TB = 52µs et D = 19,2 kbit/s.
5.4 Exprimer en pourcentage l’état de charge de la batterie. Dire s’il est suffisant. On lit $5D, soit 93
en décimal, d’où 73,2 %. Oui pas de délestage des gros consommateurs électriques car > 70%.
Session 2010
BTS Système Électronique
Épreuve U4.2- Physique appliquée
10SEE4PA1
Corrigé
Page C5 sur 7
DOCUMENTS REPONSES
10
100
1 000
10 000
Fréquence en kHz
0
-2
A
Atténuation en dB
-4
-6
-8
-10
-12
-14
Document réponse 1
onde réfléchie sur
un court-circuit
ve(E,t)
onde incidente
Document réponse 2
1er
octet
start
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
0
1
1
1
0
1
0
stop
1
Document réponse 4
Session 2010
BTS Système Électronique
Épreuve U4.2- Physique appliquée
10SEE4PA1
Corrigé
Page C6 sur 7
Document réponse 3
Chrono
1
e(t)
e’(t)
Δ
…..
0 T0
e 2Te
s(t)
Chrono
2
+V
0
-V
Sn
Chrono
3
1
0
X1(t)
Chrono
4
X2(t)
Session 2010
BTS Système Électronique
Épreuve U4.2- Physique appliquée
10SEE4PA1
Corrigé
Page C7 sur 7